y
物理选修3-5知识点总结
一、量子理论的建立 黑体和黑体辐射、
1、黑体：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
2、黑体辐射：黑体辐射的规律为：温度越高各种波长的辐射强度都增加，同时，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。（普朗克的能量子理论很好的解释了这一现象）
3、量子理论的建立：1900年德国物理学家普朗克提出振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的能量值ε叫做
-34
能量子 ε= hν h为普朗克常数（6.63×10J.S） 二、光电效应 光子说 光电效应方程 1、光电效应（表明光子具有能量）
（1）光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步，但是它并不能解释光电效应的现象。在光（包括不可见光）的照射下从物体发射出电子的现象叫做光电效应，发射出来的电子叫光电子。 （2）光电效应的研究结果：
①存在饱和电流，这表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多；②存在遏止电压：当所加电压U为0时，电流I并不为0。只有施加反向电压，也就是阴极接电源正极阳极接电源负极，在光电管两级形成使电子减速的电场，电流才可能为0。使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压Ek=eUc。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度；③截止频率：光电子的能量与入射光的频率有关，而与入射光的强弱
-9
无关，当入射光的频率高于截止频率时才能发生光电效应vc=w0/h；④光电效应具有瞬时性：光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10s。 规律：①任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应；．．．．．．．．．．．．．．．．
②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大；③入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．不超过10s；④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。 (1)判断和描述时应理清三个关系：
①光电效应的实质(单个光子与单个电子间相互作用产生的)．
②光电子的最大初动能的来源(金属表面的自由电子吸收光子后克服逸出功逸出后具有的动能)．
③入射光强度与光电流的关系(当入射光的频率大于极限频率时光电流的强度与入射光的强度成正比)． (2)定量分析时应抓住三个关系式： ①爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0. ②最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc. ③逸出功与极限频率的关系：W0＝hν 0.
2、光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的， 频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子被成为光子。 3、光电效应方程： EK = h?- WO
h?截止 = WO（Ek是光电子的最大初动能；W0是逸出功，即从金属表面．．．．．．．．．
直接飞出的光电子克服电荷引力所做的功。） 三、康普顿效应（表明光子具有动量）
1、1918-1922年康普顿（美）在研究石墨对X射线的散射时发现：光子在介质中和物质微粒相互作用，可以使光的传播方向发生改变，这种现象叫光的散射。
2、在光的散射过程中，有些散射光的波长比入射光的波长略大，这种现象叫康普顿效应。 ．3、光子的动量： p=h/λ
四、光的波粒二象性 物质波 概率波 不确定关系 1、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子，由于．．．．．．．．．．．．．．．．．．光既有波动性，又有粒子性，只能认为光具有波粒二象性。但不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子。少量的光子表现出粒子性，大量光子运动表现为波动性；光在传播时显示波动性，与物质发生作用时，往往显示粒子性；频率小波长大的波动性显著，频率大波长小的粒子性显著。
2、光子的能量E=hν，光子的动量p=h/λ表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表
示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。由以上两式和波速公式c=λν还可以得出：E = p c。 3、物质波：1924年德布罗意（法）提出，实物粒子和光子一样具有波动性，任何一个运动着的物体都有一种与之对应的波，波长λ=h / p ．．这种波叫物质波，也叫德布罗意波。（电子的衍射图样；电子显微镜的分辨率为何远远高于光学显微镜） 4、概率波（了解）：从光子的概念上看，光波是一种概率波。
5、不确定关系（了解）：△x△p=h/4π，△x表示粒子位置的不确定量，△p表示粒子在x方向上的动量的不确定量。 五、原子核式模型机构 1、1897年汤姆孙（英）发现了电子，提出原子的枣糕模型，揭开了研究原子结构的序幕（原子可再分）。（谁发现了阴极射线？是汤姆孙吗？） ．．．．．．．．．．．2、1909年起英国物理学家卢瑟福做了α粒子轰击金箔的实验，即α粒子散射实验，得到出乎意料的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°。（P53 图） 3、卢瑟福在1911年提出原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核 ，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核
1
-9
y
里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。
-15
按照这个学说，可很好地解释α粒子散射实验结果，α粒子散射实验的数据还可以估计原子核的大小（数量级为10m）和原子核的正电荷数。 原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数 六、氢原子的光谱
1、光谱的种类：（1）发射光谱：物质发光直接产生的光谱。炽热的固体、液体及高温高压气体发光产生连续光谱；稀薄气体发光产生线状谱，不同元素的线状谱线不同，又称特征谱线。
（2）吸收光谱：连续谱线中某些频率的光被稀薄气体吸收后产生的光谱，元素能发射出何种频率的光，就相应能吸收何种频率的光，因此吸收光谱也可作元素的特征谱线。
2、氢原子的光谱是线状的（这些亮线称为原子的特征谱线），即辐射波长是分立的。
3、基尔霍夫开创了光谱分析的方法：利用元素的特征谱线（线状谱或吸收光谱）鉴别物质的分析方法。 七、原子的能级
1、卢瑟福的原子核式结构学说跟经典的电磁理论发生矛盾（矛盾为：a、原子是不稳定的；b、原子光谱是连续谱）， 1913年玻尔（丹麦）在其基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出玻尔理论。 2、玻尔理论的假设：
（1）原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。氢原子的各个定态的能量值，叫做它的能级。原子处于最低能级时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫做基态；原子处于较高能级时电．．子在离核较远的轨道上运动的这些定态叫做激发态。
（2）原子从一种定态（设能量为En）跃迁到另一种定态（设能量为Em）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 h? = En ? Em（能级图见3-5第58页）
（3）原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。 ．．．．．．3、玻尔计算公式：rn =nr1 , En = E1/n (n=1,2,3??)r1 =0.53?10 m , E1 = -13.6eV ,分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量。
4、从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（碰撞时实物粒子的动能可全部或部分地被电子吸收）；原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。（光电效应）
5、一群氢原子处于量子数为n的能级时（n>1），可能辐射出的光谱线条数为N= n(n-1)/2 。
6、玻尔模型的成功之处在于它引入了量子概念（提出了能级和跃迁的概念，能解释气体导电时发光的机理、氢原子的线状谱），局限之处在于它过多地保留了经典理论（经典粒子、轨道等），无法解释复杂原子的光谱。 7、现代量子理论认为电子的轨道只能用电子云来描述。
8、可见光hv能量范围：红→紫 1.61eV→3.10eV，氢原子能级3跃迁到2放出红光，4跃迁到2放出蓝光。 八、原子核的组成 1、天然放射现象
（1）天然放射现象能够说明原子核有复杂结构和它的变化规律 ．．．．．．．．．．．．．．．（2）1896年贝克勒耳发现放射性，在他的建议下，
玛丽·居里和皮埃尔·居里经过研究发现了新元素钋和镭。 三种射线在磁场，电场中的运动轨迹 （3）三种射线的性质
①α射线带正电，α粒子就是高速（0.1C）的氦原子核，贯穿本领很小，电离作用很强；②β射线带负电，是高速（0.99C）电子流，贯穿本领很强（几毫米的铝板），电离作用较弱；③γ射线中电中性的，是波长极短的电磁波，贯穿本领最强（几厘米的铅板），电离作用很小。 2、原子核的衰变、半衰期
（1）原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。在衰变中电荷数和质量数都是守恒的（注意：质量并不守恒。）。γ射线是伴．随α射线或β射线产生的，没有单独的γ衰变（γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。）。 ．．．．．．．．
α衰变：核内2个中子和2个质子能十分紧密地结合在一起，在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，于是，放射性
142382344201n?21H?2He元素就发生了α衰变。 例： 本质方程： 92U?90Th?2He β衰变：核内的中子转化成了一个质子和一个电子，电子放射到核外，质子留在新核中。例： 90Th?91Pa??1e本质方程： 0n?1H??1e（2）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。放射性元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化．．．．．．．．．．．．．
23423402
2
-10
110学状态无关，它是对大量原子的统计规律。 ．．．．．．．．．．
3、原子核的人工转变
原子核在其他粒子的轰击下产生新核的过程，称为核反应（原子核的人工转变）。在核反应中电荷数和质量数都是守恒的。 a、1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现质子即氢原子核。核反应方程 （第一次实现人工转变） b、卢瑟福预想到原子内存在质量跟质子相等的不带电的中性粒子，即中子。 查德威克经过研究发现中子，核反应方程
c、质子和中子统称核子，原子核的电荷数等于其质子数，原子核的质量数等于其质子数与中子数的和。具有相同质子数的原子属于同一种元素；具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素。
d、1934年，约里奥·居里和伊丽芙·居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子。 核反应方程：
（这是第一次用人工方法得到放射性同位素。）
人工放射性同位素的优点：a、人工放射性同位素的放射强度容易控制。b、半衰期比天然放射性物质短得多，废料容易处理
2
y
放射性同位素的应用：利用它的射线（贯穿本领、电离作用、物理和化学效应）a、工业探伤，测厚度；b、医疗上放射治疗；c、照射种子，使遗传基因变异，培育优良品种；d、做示踪原子。 4、核力与结合能 质量亏损
A、原子核能够存在是由于核子间存在着强大的核力
核力的特点：①核力是强相互作用，在原子尺度内，核力比库仑力大得多②核力是短程力，其作用范围为1.5×10-15m，0.8×10-15m内为表现为引力，0.8×10-15m外表现为斥力，超出1.5×10-15m急剧下降。?每个核子只跟邻近的核子发生核力作用
B、自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。 C、结合能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量叫原子核的结合能（核能） D、比结合能：结合能与核子数之比。比结核能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定。
F、我们把核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。爱因斯坦在相对论中得出物体
2
的质量和能量间的关系式E=mc，就是著名的质能方程。 5、重核的裂变 轻核的聚变
1、凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳定。凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。
2、1938年德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现重核裂变，即一个重核在俘获一个中子后，分裂成几个中等质量的核的反应过程,这个发现为核
1141921
能的利用开辟了道路。铀核裂变的核反应方程：235 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n。
3、由于中子的增殖使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应。为使其容易发生，最好使用纯铀235。因为原子核非常小，如果铀块的体积不够大， 中子从铀块中通过时，可能还没有碰到铀核就跑到铀块外面去了，因此存在能够发生链式反应的铀块的最小体积，即临界体积、临界质量。发生链式反应的条件是裂变物的体积大于临界体积，并有中子进入。
4、核反应堆 核燃料：铀235； 慢化剂：石墨、重水、普通水（轻水），使快中子减速变成热中子（慢中子）适于引发核裂变； 镉棒（控制棒）：对中子具有很强的吸收能力，可用于控制核反应快慢。 核裂变的应用有原子弹、核反应堆。
341
5、轻核结合成质量较大的核叫聚变。例：21H＋1H→2He＋0n 发生聚变的条件是：超高温（几百万度以上），因此聚变又叫热核反应；太阳的能量产生于热核反应，可以用原子弹来引起热核反应。核聚变应用有氢弹、可控热核反应。
．四种核反应类型的区分与典例 6、核聚变的优点：a、轻核聚变产能效率高；b、地球上聚变燃料的储量丰富；c、轻核聚变更为安全、清洁。
特别提醒 (1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头“→”连接并表示反应方向，不能用等号连接。 (2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程。 (3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化。 (4)核反应遵循电荷数守恒。 491271
(1)10→13→12→27 5B＋2He― 7N＋( ) (2)4Be＋( )― 6C＋0n (3)13Al＋( )―12Mg＋1H 4238231(4)14→ 17→ 234→24 7N＋2He―8O＋( ) (5) 92U―90Th＋( ) (6)11Na＋( )―11Na＋1H 430(7)27→1→3013Al＋2He―0n＋( )；15P―14Si＋( )
3
y 古希腊哲学家德谟克利特提出：世间万物是由原子构成的…原子是一种最后的不可分割的物质微粒 1909～1911年英国物理学家卢瑟福和盖革等进行了?粒子散射实验，为其提出“核式结构模型”奠定实验基础 ?粒子轰击金箔被金箔向各个方向散射的实验现象： 绝大多数：沿原方向前进或发生很小偏转，有些发生较大偏转，偏角超过900，极个别的偏转角接近1800 1911年卢瑟福据?粒子散射实验现象18世纪下半叶英国化学家提出：每种化学元素都有它对应的原子…原子是最微小的不可分割的实心球体 提出“核式结构模型”：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里．带负电的电子在核外空间绕着核旋转。（行星模型） ． 1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福学说的基础1897年英国物理学家J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现电子。电子的发现，人类意识到原子并不是组成物质的最小单位，探索原子结构的序幕由此拉开 上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出了新的原子理论。 （1）原子只处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫做定态。 En?E1n2 E1??13.6ev （2）原子从一种定态(设能量为E1)跃迁到另一种定态(设能量为E2)时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即：h?1910年美国科学家密立根采用油滴实验测量出电子的电荷量：e?1.6022?10?19C 电子的质量：m?9.1094?10?31kg 1?En?Em?E（1n2?1m2) （3）原子的不同能量状态对应于电子的不同运动轨道。由于原子的能量状态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。 2 rn?nr1 r?0.53?10?10m 1 1898年汤姆孙提出“枣糕”原子模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子“浸浮”其中。 在1914年，德国科学家弗兰克和他的助手赫兹采用电子与稀薄汞蒸气气中汞原子碰撞的方法(与光谱研究相独立)，简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，从而为玻尔原子理论提供了有力的证据。 玻尔模型的局限性：玻尔第一次把量子观念引入原子领域，解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题，把 原子结构的理论向前推进了一步 ．玻尔模型成功的解释了氢原子光谱的实验规律，但对稍微复杂 一点的的原子如氦原子，玻尔的理论无法解释它的光谱现象，他的不足之处是保留了经典粒 子的概念。事实上电子的坐标没有确定的值，我们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是 多少，而不能把电子看成具有确定坐标的质点的轨道运动。如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现 的概率的多少，画出图来，就像云雾一样，可以形象称为“电子云”。
4
人教版高中物理选修3-5：知识点归纳(图文并茂)
